光電效應

電荷耦合元件

電荷耦合元件 (Charge-Coupled Device {=CCD})
國立臺灣大學物理學系 陳昱璟

電荷耦合元件 (CCD) 是一種集成電路 (integrated circuit),於 1969 年由美國貝爾實驗室中的 Willard S. Boyle 以及 George E. Smith 所發明。兩人為尋找新的記憶體材料,想出再施加交替電壓使電荷於半導體表面上傳遞,可用來儲存及讀取訊號,然而後來發現加上利用光電效應產生光電子,整個裝置可做為影像的擷取。

直到 1970 年貝爾實驗室已經製造出第一個 CCD 晶片,雖為簡單之線性裝置,但已可捕捉影像,隨著製程技術的不斷進步,以及數位化時代的來臨,CCD 晶片不斷發展,有效像素數也不斷增加,如今 CCD 已廣泛運用在數位相機、掃描器上。

截止電壓

截止電壓 (Cut-off Voltage)
國立臺灣大學物理系博士班黃琮暐

截止電壓是指當我們在做光電效應實驗中,要讓光電流停止所須外加的電壓差。

在馬克斯威爾 (James Clerk Maxwell 1831~1879)成功地描述了所有當時的電磁現象,並且為電磁學提供了完整的電磁理論之後,人們非常確信光就是一種電磁波,並且光是一種波動行為。因此,不難想像到,我們可以將光線打到金屬表面,提供能量來使電子脫離金屬表面。(例如,我們可以調控光線的強度而使得電子有足夠的能量脫離金屬)。而這樣的實驗就稱為光電效應實驗。裝置的示意圖如圖一。

圖一 (陳義裕繪) 入射光打入一個真空環境下金屬板上,而電子被打出造成安培計讀數不為零,這時的電流稱為光電流。但我們可以利用一個反向的外加電壓,使得安培計讀數為零,而調到的電壓就稱為截止電壓。而實驗上我們可以調控入射光的頻率、強度,去驗證被打出的電子所獲得的能量與入射光的頻率成線性關係。

圖一 (陳義裕繪) 入射光打入一個真空環境下金屬板上,而電子被打出造成安培計讀數不為零,這時的電流稱為光電流。但我們可以利用一個反向的外加電壓,使得安培計讀數為零,而調到的電壓就稱為截止電壓。而實驗上我們可以調控入射光的頻率、強度,去驗證被打出的電子所獲得的能量與入射光的頻率成線性關係。

閥值增益(Threshold Gain)

閥值增益(Threshold gain)
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

考慮一般雷射介質,具有端鏡面之光學共振腔,就像是法布里-比洛光共振腔。共振腔內填入介質使得能夠產生雷射發射並建立一穩定狀態,也就是連續操作之穩定狀態,有效的假設在共振腔內可形成固定電磁 (EM) 振盪並達到穩定狀態,其中光共振腔可視為光共振器。

考慮在共振腔內某點具內部光能量Pi之電磁波並朝向一端之鏡面方向前進,此鏡面標示為1,另一端鏡面標示為2,當行進至標示為1之鏡面時電波會被反射並朝向鏡面2方向行進;同樣的,行進至標示為2之鏡面時,電磁波會被反射,假設其回至出發點之最後光功率為Pf。在穩定情況下,振盪的情況不會促進而能量也不會衰減,這表示Pf必須等於Pi,因此在整個來回的過程中不會有光功率損耗,這表示淨往返光學增益 gop 必須為1,則Gop=Pf/Pi=1。

光電效應

光電效應 (Photo-electric Effect)
高雄市立高雄女子高級中學物理科蔡宗賢教師

物質吸收電磁輻射(例如X光或可見光)後,放射電子的現象,稱為光電效應。我們稱放射的電子為光電子。

光電效應使我們進一步了解光與電子的量子特性,更加深我們對於波與粒子二象性的觀念,這也關係到所謂光電導效應、光電壓(光伏)效應、甚至光電化學效應。

愛因斯坦1905 年的三大貢獻:愛因斯坦與光電效應

愛因斯坦1905 年的三大貢獻之愛因斯坦與光電效應 (Photoelectric Effect)
高瞻計畫特約編譯蕭如珀、臺灣大學物理系楊信男 編譯/國立臺灣大學化學系陳竹亭教授 責任編輯

1887 年時,德國物理學家 Heinrich Hertz 觀察到,將紫外光束照射到金屬板時會迸出火花。